Земля, можливо, передала свої найпотаємніші таємниці парі Каліфорнійських геохіміків, які використовували широкі комп'ютерні моделювання, щоб зібрати разом найдавнішу історію ядра нашої планети.
Ця схема земної кори та мантії показує результати їхнього дослідження, що виявило, що надзвичайний тиск сконцентрував би більш важкі ізотопи заліза біля дна мантії, коли він кристалізувався з океану магми.
Використовуючи суперкомп'ютер для практично віджимання та нагрівання мінералів, що містять залізо, за умов, які існували б, коли Земля кристалізувалася з океану магми до її твердої форми 4,5 мільярда років тому, двоє вчених - з Каліфорнійського університету в Девісі - створили першу картину того, як різні ізотопи заліза спочатку розподілялися на твердій Землі.
Це відкриття могло б почати хвилю досліджень еволюції мантії Землі, шару матеріалу глибиною близько 1800 миль, який простягається від просто тонкої кори планети до її металевого ядра.
"Тепер ми маємо деяке уявлення про те, як спочатку такі ізотопи заліза розподілялися на Землі", - сказав головний автор дослідження Джеймс Рустад, - нам слід мати можливість використовувати ізотопи для відстеження внутрішньої роботи двигуна Землі ".
Журнал, що описує дослідження Рустада та співавтора Цін Чжу Інь, був розміщений в ІнтернетіПрирода Геологія у неділю, 14 червня, перед виданням друку у липні.
Переповнений земною корою та ядром, величезна мантія становить близько 85 відсотків об'єму планети. У людському масштабі часу ця величезна частина нашої кулі здається суцільною. Але протягом мільйонів років тепло від розплавленого ядра та власне радіоактивне гниття мантії призводять до того, що воно повільно згортається, як густий суп над низьким полум'ям. Ця циркуляція є рушійною силою поверхневого руху тектонічних плит, що будує гори та спричинює землетруси.
Одним із джерел інформації, що забезпечує розуміння фізики цієї в'язкої маси, є чотири стійкі форми або ізотопи заліза, які можна знайти у скелях, які піднялися на поверхню Землі на хребтах середнього океану, де відбувається поширення морського дна, і на гарячих точках як вулкани Гаваїв, які вискакують через земну кору. Геологи підозрюють, що частина цього матеріалу бере свій початок на межі між мантією та серцевиною приблизно в 1800 милях під поверхнею.
"Геологи використовують ізотопи для відстеження фізико-хімічних процесів у природі, як біологи використовують ДНК для відстеження еволюції життя", - сказав Інь.
Оскільки склад ізотопів заліза в гірських породах змінюватиметься залежно від тиску та температурних умов, при яких створюється гірська порода, Інь сказав, в принципі, геологи могли використовувати ізотопи заліза в скелях, зібраних у гарячих точках по всьому світу для відстеження геологічної історії мантії. . Але для цього їм слід спочатку знати, як спочатку поширювались ізотопи в первинному магмінному океані Землі, коли він охолоджувався та затвердів.
Інь і Рустад досліджували, як конкуруючі наслідки екстремального тиску та температури глибоко в надрах Землі вплинули б на корисні копалини в нижній мантії - зоні, що простягається приблизно від 400 миль під земною корою до кордону ядра-мантії. Температура до 4500 градусів Кельвіна в регіоні знижує ізотопні відмінності між мінералами до мінімуму, а тиск дроблення, як правило, змінює основну форму самого атома заліза, явище, відоме як електронний спіновий перехід.
Пара розраховувала ізотопний склад заліза з двох мінералів за діапазону температур, тиску та різних електронних станів віджиму, які, як відомо, відбуваються в нижній мантії. Два мінерали, фероперовскіт і феропериклаза, містять практично все залізо, яке знаходиться в цій глибокій частині Землі.
Розрахунки були настільки складними, що на кожну серію Рустад та Інь пробіглися через комп’ютер, щоб виконати місяць.
Інь і Рустад визначили, що екстремальний тиск сконцентрував б більш важкі ізотопи заліза біля дна кристалізаційної мантії.
Дослідники планують задокументувати зміну ізотопів заліза в чистих хімічних речовинах, підданих температурі та тиску в лабораторії, які еквівалентні тим, які виявлені на кордоні ядра-мантії. Врешті-решт, сказав Інь, вони сподіваються побачити їх теоретичні прогнози перевіреними в геологічних зразках, отриманих з нижньої мантії.
Джерело: Еврикалерт
